一種超（超）臨界火電機組用新型合金的制作方法
【專利摘要】本發明涉及耐熱奧氏體鋼，特指一種超（超）臨界火電機組用新型合金，其特征在于：所述組分按照質量分數計算，C≤0.05％，Si≤0.3％，Mn≤1％，Ni8.5~10.5％，Cr17.5~19.5％，Nb0.30~0.50％，Cu2.5~3.5％，N0.15%-0.2%，P≤0.04％，S≤0.01％，B0.006%或Ti0.0345%，其余為Fe。本發明的新型Fe-Cr-Ni-Cu-N合金的高溫拉伸強度（600℃，≥443MPa）、持久蠕變性能（600℃、100000h的持久極限強度≥259MPa）和高溫抗氧化性（700℃、100h的氧化增重≤0.032mg/cm2），明顯優于Super304H奧氏體不銹鋼，可以廣泛應用于超（超）臨界火力發電機組和其他工業領域。
【專利說明】一種超(超)臨界火電機組用新型合金
【技術領域】
[0001]本發明涉及耐熱奧氏體鋼，特指一種超(超)臨界火電機組用新型合金。
【背景技術】
[0002]當前我國致力于發展大容量、高參數的超(超)臨界火力發電機組，對所用鋼材的高溫拉伸強度、持久蠕變性能和高溫抗氧化性能提出了極高的要求；Super304H合金，成分質量分數為 C 為 0.07% ~0.13%, Si ≤ 0.3%, Mn ≤ 0.5%, Cr 17.0%~19.0%, Ν?7.5%~10.5%,Cu2.5%~3.5%, Nb0.3%~0.6%, N0.05%~0.12% P ≤ 0.045%, S ≤ 0.03%,其余為 Fe ;是由日本住友鋼鐵公司開發的一種奧氏體不銹鋼材料，具有較高的高溫拉伸強度(600°C，約為432MPa)、持久蠕變性能(600°C、100000小時的持久極限強度約為220MPa)和高溫抗氧化性(7000C UOO小時的氧化增重約為0.04mg/cm2)，但是仍難以滿足超(超)臨界火電機組高參數對鋼材高溫拉伸強度、持久蠕變性能和高溫抗氧化性的要求，并且國內幾乎都不能生產，基本上都依賴進口。
【發明內容】
[0003]大容量、高參數的超(超)臨界火力發電機組的發展對不銹鋼的高溫拉伸強度、持久蠕變性能和高溫抗氧化性等性能提出了更高的要求，本發明提供了一種超(超)臨界火電機組用新型Fe-Cr-N1-Cu-N合金，該合金與Super304H相比，在高溫拉伸強度、持久蠕變性能和高溫抗氧化性能方面體現出明顯的優勢，可以勝任超(超)臨界火力發電機組對不銹鋼相關性能的苛刻要求，并能打破我國依賴進口 Super304H合金的現狀，降低國內鍋爐生產企業原材料采購成本。
本發明通過下列技術方案實現:一種超(超)臨界火電機組用新型Fe-Cr-N1-Cu-N合金，其特征在于:所述組分按照質量分數計算，C≤0.05%, Si ≤ 0.3%, Mn ≤ 1%,Ν?8.5 ~10.5%, Cr 17.5 ~19.5%, Nb0.30~0.50%, Cu2.5 ~3.5%, N0.15%-0.2%, P^0.04%,S≤0.01%, B0.006% 或 Ti 0.0345%，其余為 Fe。
[0004]確定上述主要化學成分范圍的理由如下: 1.碳:碳是鋼中最普遍的合金元素，碳是奧氏體形成元素，碳對提高奧氏體耐熱強性有益，但碳對不銹鋼的耐蝕性不利。
[0005]2.硅:硅是鋼中的脫氧元素并且提高不銹鋼的高溫抗氧化性，但硅是強烈的鐵素體形成元素，此外，當硅含量超過2%時，會促進金屬間化合物在高溫過程的析出，因此，為了使鋼材獲得奧氏體組織，并且提高奧氏體組織的穩定性，必須限制硅含量。
[0006]3.錳:錳是比較弱的奧氏體形成元素，但具有強烈穩定奧氏體組織的作用。不銹鋼中加入了適量的錳，可以降低鎳含量，降低鋼材成本。
[0007]4.鉻:鉻是不銹鋼中最重要的元素，可以提高鋼鈍化膜的穩定性，是決定不銹鋼耐腐蝕性及高溫抗氧化性的重要元素。但是鉻又是強烈形成并穩定鐵素體的元素，縮小奧氏體相區；本發明奧氏體鋼中的鉻含量范圍既能保證鋼有良好的耐腐蝕及耐高溫氧化特性，又能保證鋼材獲得奧氏體組織。
[0008]5.鎳:鎳是強烈形成并穩定奧氏體且擴大奧氏體相區的元素，隨著奧氏體含量的增加，剛中的殘余鐵素體含量逐漸消除，但是鎳會降低鋼的熱加工性能，本發明奧氏體鋼中的鎳含量范圍既能保證鋼有良好的熱加工性能，又能保證鋼材獲得奧氏體組織。
[0009]6.銅:銅在鉻鎳不銹鋼中能促使鋼產生彌散硬化組織，提高鋼的熱強性，在高溫蠕變過程中將從基體中析出細小彌散的富銅相，提高基體的高溫蠕變能力。
[0010]7.氮:在奧氏體不銹鋼中加入氮，可以穩定奧氏體組織、提高強度，并且提高耐腐蝕性能，氮的加入可以顯著提高鋼的高溫拉伸強度，部分替代貴重的鎳。
[0011]8.鈮:鈮能夠與不銹鋼中的碳、氮元素形成細小鈮的碳、氮化物，提高不銹鋼的高溫拉伸性能和持久蠕變性能。
[0012]9.磷:磷是鋼在冶煉過程中極難避免的有害元素，應盡量控制在0.04%(質量分數)以下。
[0013]10.硫:硫是鋼在冶煉過程中極難避免的有害元素，應盡量控制在0.01% (質量分數)以下。
[0014]11.硼:硼能夠提高鋼的高溫抗拉強度，提高晶界穩定性，但是，硼容易在晶界偏析，影響鋼的持久蠕變性能，因此必須限制硼含量；鈦和硼在本發明中起相似作用。
[0015]與Super304H系列合金相比，本發明的新型Fe-Cr-N1-Cu-N合金具有更加優異的高溫拉伸強度、持久蠕變性能和高溫抗氧化性。 【具體實施方式】
[0016]實施例:
材料 I (質量分數):0.021%C、0.21%S1、0.58%Μη、0.0043%S、0.0082%Ρ、9.68%N1、18.39%Cr、
0.49%Nb、3.16%Cu、0.19%N、0.006%B、余者為 Fe。
[0017]材料2 (質量分數):0.0425%C、0.198%S1、0.524%Μη、0.0041%S、0.00523%Ρ、9.38%N1、17.93%Cr、0.37%Nb、2.69%Cu、0.153%N、0.0345%T1、余者為 Fe。
[0018]材料采用真空爐冶煉，去冒口及鋼錠底部進行鍛造，鍛造工藝為:加熱溫度1100°C，加熱2小時，保溫半小時，開鍛溫度1030°C，終鍛溫度960°C ;然后將材料在1060°C下進行固溶處理保溫I小時后，水冷至室溫。
[0019]本發明涉及的奧氏體不銹鋼可以根據需要進行鑄造或軋制成材，然后鍛打，工藝為:加熱溫度1100°c，加熱2小時，保溫半小時，開鍛溫度1030°C，終端溫度960°C，合金經鍛打成坯，然后經過機械加工成零件。
[0020]本發明的兩個實施例中的新型Fe-Cr-N1-Cu-N合金及Super304H奧氏體不銹鋼(鍛后固溶態)高溫拉伸強度、持久極限強度和高溫抗氧化性如表1所示。
[0021]表1實施例中的新型Fe-Cr-N1-Cu-N合金及Super304H奧氏體不銹鋼高溫拉伸強度、
持久極限強度和高溫抗氧化性對比
【權利要求】
1.一種超(超)臨界火電機組用新型合金，其特征在于:所述組分按照質量分數計算，C ^ 0.05 %, Si ^ 0.3 %, Mn ^ I %, Ν?8.5 ~10.5 %, Cr 17.5 ~19.5 %, Nb0.30~0.50 %,Cu2.5~3.5%, N0.15%-0.2%, P ≤ 0.04%, S≤ 0.01%, B0.006% 或 Ti 0.0345%，其余為 Fe。
2.如權利要求1所述的一種超(超)臨界火電機組用新型合金，其特征在于:所述組分按照質量分數計算，0.021%C、0.21%S1、0.58%Μη、0.0043%S、0.0082%Ρ、9.68%N1、18.39%Cr、0.49%Nb、3.16%Cu、0.19%N、0.006%B、余者為 Fe。
3.如權利要求1所述的一種超(超)臨界火電機組用新型合金，其特征在于:所述組分按照質量分數計算，0.0425%C、0.198%S1、0.524%Μη、0.0041%S、0.00523%P、9.38%N1、17.93%Cr、0.37%Nb、2.69%Cu、0.153%N、0.0345%T1、余者為 Fe。
4.如權利要求1所述的一種超(超)臨界火電機組用新型合金的鍛造方法，采用真空爐冶煉，去冒口及鋼錠底部進行鍛造，其特征在于鍛造工藝為:加熱溫度1100°C，加熱2小時，保溫半小時，開鍛溫度1030°C，終鍛溫度960°C ;然后將材料在1060°C下進行固溶處理保溫I小時后，水冷至室溫。
5.如權利要求1所述的一種超(超)臨界火電機組用新型合金的鍛打方法，根據需要進行鑄造或軋制成材，然后鍛打，其特征在于鍛打工藝為:加熱溫度1100°c，加熱2小時，保溫半小時，開鍛溫度1030°C，終端溫度960°C，合金經鍛打成坯，然后經過機械加工成零件。
【文檔編號】B21J1/06GK103774057SQ201410013705
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月13日 優先權日:2014年1月13日
【發明者】李冬升, 程曉農, 郭順, 戴起勛, 莊建新 申請人:江蘇銀環精密鋼管股份有限公司, 江蘇大學